CN1956020A

CN1956020A - 微功耗阴极保护电位数据自动采集器

Info

Publication number: CN1956020A
Application number: CN 200510114259
Authority: CN
Inventors: 刘军; 兰翔; 陈强; 吴玲
Original assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Priority date: 2005-10-25
Filing date: 2005-10-25
Publication date: 2007-05-02
Anticipated expiration: 2025-10-25
Also published as: CN100395783C

Abstract

本发明涉及一种微功耗阴极保护电位数据自动采集器，特征是电源部分采用集成稳压芯片U6一端与中心控制芯片CPU的VDD端口连接，另一端与3.6V长效锂电池连接；有源滤波芯片U5的B组端口连接到CPU相应的端口，A组端口与信号端口连接；存储芯片U4的SCL、SDA1端口与CPU相应的端口连接；无线通讯芯片U2通过SPI、SCK、SCN、MISO、MOSI端口与CPU相应的端口连接，其收发和模式控制脚TRX－CE、TX－EN、POW－UP和CPU相应的端口相连接，其状态输出AM、DR连到CPU的I/O脚；本仪器能够在微功耗条件下进行长输管道上阴极保护通电电位、断电电位的自动判断与检测。

Description

微功耗阴极保护电位数据自动采集器

技术领域：

本发明涉及一种应用于测试长输管线阴极保护电位的微功耗阴极保护电位数据自动采集器，能够在微功耗条件下进行长输管道上阴极保护通电电位、断电电位的自动判断与检测。

背景技术：

国内外的阴极保护电位的采集有以下几种方法：

1、采集通电电位：

人工采集：巡线工手持万用表和参比电极，对各测试桩逐点巡线录取，一般是一个月一次，各测试点每次只能采集一个数据。国内目前普遍采用该方式，由于一个月只有一个数据，数据量太少，不利于准确分析管道阴极保护状况。

自动采集：采用太阳能电池作为电源，用单片机实现阴极保护通电电位的自动采集。成本较高，同时安装在野外现场时难以维护，容易遭到人为损坏，因此难以推广应用。

2、采集断电电位：

人工采集：配合同步断流器，巡线工手持万用表和参比电极，对各测试桩逐点巡线录取，人工进行断电电位值的估读。各测试点一次巡线仅能采集到一个数据，在管道上交流干扰比较严重的地方，断电电位的数值估读不准确。

自动采集：采用直流电压梯度测试技术(DCVG)配合同步断流器，可以逐点检测到管道的断电电位。该设备基本依靠进口，成本较高，而且需要专业人员操作，各测试点一次巡线仅能采集到一个数据。

发明内容：

本发明的目的是提供一种操作简单、成本较低、安装维护便利的长输管道微功耗阴极保护电位数据自动采集器，能够在微功耗条件下进行长输管道上阴极保护通电电位、断电电位的自动判断与检测，以提供大量基础数据，便于准确分析管道的阴极保护状况。

本发明的目的是这样实现的：

本微功耗阴极保护电位采集器主要由4部分组成：

1、有源滤波系统：采用微功耗运放组成有源滤波系统，消除管道上交流干扰的影响。

2、电源系统：采用长效锂电池给整个系统提供电源，一个2安时的锂电池正常使用寿命达到15年。

3、数据处理系统：采用微功耗单片机作为CPU，负责数据的A/D转换、采集、存储。

4、数据通讯系统：采用微功耗无线收发芯片，完成数据的双向传输。

电源部分采用集成稳压芯片U6P4NX一端与中心控制芯片CPU的VDD端口连接，另一端与3.6V长效锂电池连接，提供整个采集器需要的2.8V直流电压；采用时钟芯片U3P8563，由端口SCL、SDA0、INT0连接到CPU相应的端口，提供系统时钟；有源滤波芯片U5MAX4471的B组端口连接到CPU相应的端口，A组端口与信号端口连接，管道上的电位信号输入后，先经过U5组成的有源滤波后，再输入CPU；存储芯片U4AT24LW64的SCL、SDA1端口与CPU相应的端口连接，存储数据；无线通讯芯片U2P89LPC933通过SPI、SCK、SCN、MISO、MOSI端口与CPU相应的端口连接，进行通讯，其收发和模式控制脚TRX-CE、TX-EN、POW-UP和CPU相应的端口相连接，其状态输出AM、DR连到CPU的I/O脚，进行检测。CPU负责数据的判断、采集，以及控制无线数据收发。

长输管道上的电位信号通过信号滤波后，输入到微功耗单片机中进行分析和判断，选出有效数据进行存储。微功耗单片机接收到指令后，将数据通过微功耗无线通讯传输出去。采用锂电池作电源，应用微功耗技术，可以大大降低设备硬件成本。同时成品体积很小，可以安装在现有测试桩内，便于安装和维护。采集器采用电位差法进行通电电位和断电电位的自动采集和判断，无须人工操作，使用简单。

使用锂电池作电源的微功耗采集器，能够自动判断和采集管道阴极保护的通电电位和断电电位，成本较低。体积小巧，可以安装在现有阴极保护电位测试桩内，安装方便，维护便利。而且使用简单，不需要专业人员操作，符合我国国情。通过科技查新，目前国内外还没有具有相同功能的产品。

2004年5月该成果通过了中国石油天然气与管道分公司的验收。根据国家标准要求所有埋地长输金属管道均须采用阴极保护，因此该成果具有非常广阔的应用前景和重要的现实意义。便于准确地了解和掌握远程管线的阴保实际状况，提高了在役油气管道的阴极保护管理水平，对于提高阴极保护的效率，完善阴极保护措施，最大限度延长管道使用寿命，保障管道安全运营，有着非常积极的意义。

附图说明：

图1微功耗阴极保护电位数据自动采集器结构示意图。

图2微功耗阴极保护电位数据自动采集器部分电路图。

图3微功耗阴极保护电位数据自动采集器部分电路图。

图4微功耗阴极保护电位数据自动采集器部分电路图。

具体实施方式：

电源部分：

电源部分由R8、R9、BT1、CA2、CA3、U6、DB1组成；

1)R8、R9构成一个分压电路，R8、R9并联端与CPU的AD11连接，R9另一端与U6的1端口和BT1正极连接，采集电池电压状态；

2)BT1为一个3.6伏的长效锂电池，一端与U6的1端口连接，另一端与U6的2端口连接，负责给整个系统供电；

3)U6采用集成稳压芯片P4NX，是一款低压差、高效的电源芯片，为系统提供稳定可靠的2.8伏电源，并为AD提供基准；

4)CA2、CA3为电源芯片U6要求的前后端滤波电容，二者的一

端分别与U6的1、5端口连接，另一端与BT1的负极VSS连接；

5)DB1是一组跳针，1端口与U6的5端口连接，2端口与电源端VDD连接，用于方便给CPU进行ICP编程。

实时时钟部分：

实时时钟部分由C14、C15、C16、X2、U3组成，并通过SCK、SDA、/INT与CPU连接。

1)U3是PHLIP公司的一款超低能的实时时钟芯片P8563，其主要是为系统提供实时时钟信号，并定时对CPU进行唤醒。

2)X2是标准的时钟振荡器，为P8563提供脉冲信号，一端与U3的1端口连接，另一端与U3的2端口连接。

3)C16连接到P8563的电源端，作为P8563的去耦电容。

4)C14、C15是X2的负载电容，与X2的两端连接后接地。CPU部分

由CPU、PR1、C18、S1组成，是系统的主控部分；

1)CPU采用微功耗P89LPC933，负责整个系统的操控；

2)PR1是一排阻，主要是作为I2C接口的上拉电阻，与VCC连接；

3)C18连接到CPU的电源端，作为CPU的去耦电容；

4)S1是一高性能的干簧管，用于CPU的外部唤醒，与端口3连接。

信号端口和防雷电路

信号端口和防雷电路由D1～D8、DB3、R3构成：

1)D1、D2、D3是一组构成对地、对电源、对信号都形成防雷保护的TBS管，在电路中起到初步泄放电流的作用；

2)R3是一经过初步泄放电路以后串在信号回路中的限流电阻，其作用是在初步泄放电路不能完全泄放的情况下对它的下级电路进行限流保护；

3)D4、D5、D6是一组构成对地、对电源、对信号都刑成防雷保护的TBS管，它们是在限流电阻后，其作用是进一步泄放电流和将雷电电压降到安全值内；

4)D7、D8是两伏的稳压管，其作用是将过高的直流输入限制在对IC安全的值内；

5)DB3是一2.54的压线座子，用于固定信号线。

滤波部分：

滤波部分由U5、R4、R5、R6、R7、C19、C20、C21、C22构成。并由U5的OUTB脚连接到CPU的AD10采集端口；

1)U5采用MAX4471芯片，一款微功耗、单电源的运放，负责与外围电路构成二级低通滤波电路；

2)R5、R6、C19、C22与运放的A组运放构成前级低通滤波。

R5、C19构成RC滤波，R6、C22构成RC滤波与信号端口连接；

3)R4、R7、C20、C21与运放的B组运放构成前级低通滤波。

R4、C20构成RC滤波，R7、C21构成RC滤波，与CPU的AD10端口连接。

无线通讯部分：

无线通讯部分包括U2、C8、C1、C2、R1、X1、C7、C5、C6、R2、C4、C9、C10、C11、L1、L2、L3、C3、C12、C13、E1，通过SPI、SCK、SCN、MISO、MOSI与CPU进行通讯，其收发和模式控制脚TRX-CE、TX-EN、POW-UP也是和CPU相连。其状态输出AM、DR也是连到CPU的I/O脚进行检测。

1)U2是一款讯通公司的低能高效的信号可调的无线收发芯片NRF905，通过一些简单的阻容器件，加上天线就形成一个可收可发的无线系统；

2)C8连接到IC的电源端，作为它的去耦电容；

3)X1是一16MHz的晶体振荡器，负责给NRF905提供准确的时钟脉冲信号与U2的XC1、XC2端口连接；

4)C1、C2、R1作为晶体振荡器X1的负载器件，X1通过R1、C1、C2接地；

5)C7是NRF905的滤波电容，一端与DVDD-IV2端口连接另一端接地；

6)C5、C6一端连接到正电源，另一端接地，作为高频去耦电容；

7)R2连接到NRF905的参考端，是NRF905要求的参考电阻；

8)C4是发射部分的一个旁路电容，一端与U2的VDD_PA连接，另一端接地；

9)C9、C10、C11，是一组高频发射的匹配电容，串联在一起；

10)L1、L2、L3是一组高频发射的匹配电感，；

11)C12是隔低通高的电容；

12)C3是发射部分旁路电容；

13)C13是发射部分旁路电容；

14)E1是433MHz的天线，通过电容C13、C12、电感L2、电容C9、C11与U2的ANT2端口连接，通过电容C10与U2的ANT1端口连接。

系统扩展：

存储芯片采用AT24LW64的SCL、SDA1端口与CPU相应的端口连接。

Claims

1.一种微功耗阴极保护电位数据自动采集器，由有源滤波系统、

电源系统、数据处理系统、数据通讯系统构成，其特征在于：

电源部分采用集成稳压芯片U6P4NX一端与中心控制芯片CPU的VDD端口连接，另一端与3.6V长效锂电池连接，提供整个采集器需要的2.8V直流电压；采用时钟芯片U3P8563，由端口SCL、SDA0、INT0连接到CPU相应的端口，提供系统时钟；有源滤波芯片U5MAX4471的B组端口连接到CPU相应的端口，A组端口与信号端口连接，管道上的电位信号输入后，先经过U5组成的有源滤波后，再输入CPU；存储芯片U4AT24LW64的SCL、SDA1端口与CPU相应的端口连接，存储数据；无线通讯芯片U2P89LPC933通过SPI、SCK、SCN、MISO、MOSI端口与CPU相应的端口连接，进行通讯，其收发和模式控制脚TRX-CE、TX-EN、POW-UP和CPU相应的端口相连接，其状态输出AM、DR连到CPU的I/O脚，进行检测，CPU负责数据的判断、采集，以及控制无线数据收发。